电路设计的过程范文

导语：如何才能写好一篇电路设计的过程，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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摘要：文章指出了静电的危害，并说明了静电的防护机理，电路设计中的静电防护措施，并探讨了电子工厂生产过程中是如何进行有效的防静电管理。

静电防护就是通过有效的控制手段来预防静电对静电敏感元器件造成伤害，它需要从电路设计、元器件选择、生产制造、搬运与存储以及使用等等全过程的方方面面加以防护和控制，才能达到有效预防静电对电子产品造成伤害。

一、静电的危害

随着科技的进步和工业的高速发展，一方面，许多高分子材料被迅速推广应用，一些电阻率很高的高分子材料（如塑料、橡胶等）制品的广泛应用以及现代生产过程的高速化，使得静电能积累到很高的程度；另一方面，静电敏感材料的生产和使用（如轻质油品、火药、VMOS/CMOS电路芯片等），工矿企业受静电的危害越来越突出，静电危害造成了的后果和损失也就相当严重。

人们的日常活动即可产生高达几万伏的静电，而人手的神经可感觉到静电的最低电压也在3000V以上，但却只需要10V的静电释放就可毁坏某些对静电极度敏感的电路芯片。如果不加以防护，电子产品即可在不知不觉的过程中就被静电释放造成伤害，酿成无法弥补的损失。据统计分析有 59%的电子元器件损坏是由于静电释放造成的，这种损坏有两种形式，一种是灾难性的损坏，它造成元器件功能丧失，这种情况约占静电对元器件造成的总损坏的10%；另一种是潜在性损坏，这种损坏虽然没有丧失元器件应有功能，但却使元器件的性能下降，或降低元器件使用寿命，这种情况约占静电对元器件造成的总损坏的90%。据统计美国电子工业一年的静电损失就超过100亿美元，日本超过80亿美元，中国目前还没有这方面的权威统计数据，估计会更高。因此，在电子制造行业内保护电子元器件免受静电释放的损坏是非常重要的。

二、静电的防护机理

病毒对人体的感染必须具备三要素：感染源、感染途径、易感人群。同样地，静电对电子元器件的损坏也必须具备三要素：静电电势、释放途径、敏感元器件，三者缺一不可。因此，我们在进行静电防护时，只需要消除三个因素中的一个因素即可起到静电防护的作用。但静电无处不在，我们要想消除静电电势几乎是不可能，唯一的办法是削弱静电电势，静电电势与空气湿度有关（如表1所示），空气湿度越大，静电电势就越低，但我们又不能无限制地增加空气湿度，因为空气湿度越大，湿敏元器件就越容易受潮，元器件一旦受潮，通过高温焊接就极易损坏元器件（这就是所谓的“爆米花”现象），因此，我们需要将环境湿度控制在一定的范围内（一般在40%RH～70%RH）。

静电产生的方法 静电电压（V）

10%RH 40%RH 55%RH

人在地毯上行走 35000 15000 7500

人在塑料地板上行走 12000 5000 3000

坐在椅子上的工人 12000 5000 3000

从包装箱上拿出泡沫 26000 20000 7000

无接地措施时人体的运动 6000 800 400

穿着合适的脚带在静电地板上行走 ＜15

表1各种动作产生静电电压

其二，是保护静电敏感元器件，部分电子元器件的静电击穿电压如表2所示，我们在进行电路设计时，在这些容易被静电击穿的电子元器件设计一些保护电路，就可以起到保护静电敏感元器件的作用。

再者，就是控制静电释放途径，这是电子产品生产制造过程中普遍采取的措施，让产生的静电安全释放。那么，在电子制造业究竟如何保护电子元器件才能使电子元器件免受静电释放的损坏呢？一提及该问题，人们往往只想到在生产制造过程中的静电防护，常常会忽略如何在电路设计过程中通过设计一些保护电路来达到静电防护的目的。本文就从电路设计和生产制造两个方面来浅析静电防护措施。

器材类型 ESD最小敏感电压（V）

VMOS 30～1800

MOSFET 100～200

砷化镓FET 100～300

EPROM 100以上

JFET 140～7000

SAW(声表面滤波器) 150～500

运算放大器 190～2500

CMOS 250～3000

静电对部分肖特基二极管的击穿电压 300～2500

SMD薄膜电阻器 300～3000

双极性晶体管 380～7800

射极耦合逻辑电路 500～1500

可控硅 680～1000

肖特基TTL 100～2500

表2部分电子元器件的静电击穿电压

三、电路设计中的静电防护措施

在进行电路设计时，尽可能选用静电敏感度电压伏值高的电子元器件。特别是接口电路，应尽可能选用静电敏感度为3级（静电损伤阈值电压大于4000V）或对静电不敏感的电子元器件。否则应在输入输出接口电路上应采取保护措施。保护电路的放置位置，对于布置在PCB板周边或靠近连接器的接口电路，其保护电路应紧靠地线或连接器放置，其余的保护电路应紧靠被保护的芯片放置。

对于容易受到静电损伤的电子元器件，如NMOS、CMOS类电子器件或其它一些静电敏感度为1、2级的电子元器件，应该尽量远离易受静电冲击的区域，且每一个电路应尽可能紧靠。容易受到静电干扰的信号线（如时钟线、复位线等）应尽可能短而宽，多层板中的时钟线、复位线应在两地平面之间走线。

图1基本控制电路

在PCB的电路周围设置一个环形地，如图1所示。环形地线宽应大于 3mm，分别铺设于 PCB 板的两个表层（顶层Toplayer 和底层Bottomlayer）上，内层上可以不铺设环形地，并每间隔13mm 用过孔将各层的环形地连接在一起。两个表层的环形地铜皮上不要覆盖阻焊层（绿油），而采用裸铜或同焊盘一样做喷锡处理，以保证两个表层环形地表面良好的导电性能。环形地与PCB板内部线路应保证3mm 以上的间距，工作地汇聚后可最终与环形地相连，环形地可通过安装孔用螺钉与金属机壳相连。尽可能使用多层PCB，将电源层和地线层独立铺设在PCB板的内层，这样可以有效减小信号线与地线之间共模阻抗和感性耦合，并且尽量地将每一个信号层都紧靠一个电源层或地线层。对于较复杂的电路板或高密度电路板，还可以考虑使用内层信号线层，但两信号层之间应用电源层或底线层来隔开。对于双面PCB来说，要采用紧密交织的电源和地栅格，电源线紧靠地线，在垂直和水平线或填充区之间，要尽可能多地连接。

CMOS器件及其它重要IC芯片所不用的输入输出引脚最好不要独立悬空，应视引脚不同功能将其单独或相连后分别接到地线、电源的Vcc、Vss、VDD上，CMOS器件的输入端如果接的是高阻源，则应设计上拉或下拉电阻。两块或两块以上电路板的接地线通过连接器进行连接时，最好有多个插针接地，以保证静电泄放地回路的通畅。电源输入端应加入瞬态过压抑制器件（TVS），PCB板上电源走线过长时，应每隔50mm 在电源线与地线之间安装一个0.1uF的陶瓷滤波电容器。信号线过长时，应与信号线平行布一条地线。

安装在印制板上或安装在机壳与操作面板上容易被人体接触的部件（如复位按钮、拨码开关、小面板、按钮、键盘、旋钮等）应采用绝缘物，如带有金属外壳，其金属外壳应尽可能有良好的接地，优先接静电保护地形环，如没有设置静电保护地形环，则接工作地。

四、电子工厂生产过程中如何进行有效的防静电管理

1、 EPA区域的静电防护等级确定

为了全面的产品静电防护等级静电防护小组应收集公司产品的类型、静电敏感器件的类型、静电敏感器件的防护等级、每种产品占总产品的比重;同时静电防护小组应该关注不同客户的需要确定EPA区域的静电防护等级;第三，对于目前电子企业特别是国内企业领导层的意见往往起着关键作用，因为每个公司即使相同的器件，由于用途不一样对于器件失效的比例接受度不一样。领导层对于器件失效的比例接受度有很大的决定作用，因此充分了解领导层的期望是项目组在静电防护区域等级分类确定时必须考虑的一个环节。

2、建立静电防护规范体系

首先，为了便于电子企业能快速制定出静电防护规范体系，并且规范出完全满足电子产品生产的防静电要求，项目经理应组织对相关国际、国内静电防护标准学习特别是对于最新的国际标准。为了使静电防护体系能够有效运行在建立静电防护体系基本框架结构之后，需要对各个过程及所涉及的相关活动进行描述。因此，应高度重视静电防护体系规范文件编制这一环节。规范的内容应体现协调性、可操作性和可检查性编制规范应特别注意保持完整性、系统性和层次性规范的内容应当具有完整性和可行性，因为静电防护体系是有关人员从事静电防护活动的依据所在。

3、静电防护区域建设

首先是环境建设，要依照静电防护区域的具体要求和防护等级制定相应防静电环境。我们可以用鱼骨图分析法来定义静电防护环境建设的影响因素，并从中挖掘出主要因素环境建设一般包含以下几个方面：防静电的标识、防静电地板、环境的温湿度、EPA区域接地、环境离子浓度、防静电工作台其次是设备控制，由于静电敏感器件在生产过程中接触最多的就是电子工厂的生产设备，因此设备的漏电将对静电敏感器件造成巨大的影响，且这种影响是以批量单位计算的，因此，在EPA建设中设备的控制也是一项重要的环节。一般我们从设备中与静电敏感器件接触材料方面、设备的接地等方面来考虑设备控制问题找出引起器件失效的设备是设备控制的关键所在，我们还是可以采用鱼骨图分析法来进行设备控制分析。第三是人员控制主要应从人员的操作过程、人员的穿着以及人员静电防护规范的遵守等方面来考虑。第四是材料控制主要从电子产品的使用环境以及静电敏感器件的包装方式入手。一般来说，直接接触比间接接触要求要高，静电防护区域外部比静电防护区域要求较高。

结束语

静电防护是电子工业永恒的话题，也是电子设计与制造工程师们不断探索和研究的课题。大量的事实告诉我们，在设计、制造以及使用电子产品时，必须高度关注静电防护，只有加强了静电防护，才能减少静电对电子产品造成的伤害。

参考文献

[1]许缪编.电机与电气控制[M].机械工业出版社，2009（07）：182.

[2]麦崇裔编著.电气控制与技能练[M].电子工业出版社，2010（01）：71.

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关键词：电站；锅炉压力容器；承压设备；设备检验；特种设备 文献标识码：A

中图分类号：TK228 文章编号：1009-2374（2016）14-0059-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.14.030

1 概述

新疆特种设备检验研究院是隶属于新疆质量技术监督局的一个特种设备综合检验研究机构，主要从事新疆（全疆）锅炉压力容器及特种设备的监督检验和定期检验工作。多年来，依照相关条例、规程、规范的要求，完成了全疆多家电厂的监督检验和定期检验工作。此外，受相关电厂委托，对几家新建和在役的锅炉设备产品质量进行验收检验及全面定期检验。多年的工作中，发现和解决了许多承压设备存在的缺陷和问题，保证了相关电厂从建厂时成套设备的安装质量及试运行的安全稳定，并积累了一些经验体会，简述如下。

2 承压设备产品制造质量的监督检验

2.1 目的和意义

对锅炉压力容器产品制造质量的监验是在制造厂产品质量成品检验合格的前提下进行的，是对产品质量的一种验证性的抽样检验。这种检验是法定检验，是依据《锅炉产品安全监督检验规划》进行的，对锅炉产品的质量的管控起到了一个关键作用。同时也是贯彻国家及行业对承压部件的生产及制造全过程进行技术监控的要求，为用户再把一次产品质量关。

2.2 产品质量监督检验

此类检验一般是设备在现场安装前进行（锅炉压力容器制造厂）的。为贯彻“安全第一，预防为主”的方针，可在设备运到现场后，伴随开箱检查同步进行，也可以提前到产品出厂前在制造厂内进行。我们更多的是采用后一种并依据《锅炉产品安全质量检验规划》进行产品监督。这样做可以更好地发现产品在厂里制造过程出现的问题并在厂内予以解决，在出厂前消除产品质量缺陷。这也是我们要求的“设备零缺陷到现场”，避免产品在施工现场再发现问题难以进行处理及返修而带来的难题，甚至设备返厂处理。这样无论从消缺技术难度、返修质量、现场工期，还是从经济成本上都是有益的。

2.3 检验项目

安装监督检验是在制造厂检验合格的基础上进行的，在从事此类检验的过程中，是依据《锅炉安装改造单位监督管理规则》和《锅炉安装监督检验规则》来现场实施的，查阅制造厂提供的相关技术文件和图纸，同时对安装改造单位的资质进行核查。通过查阅资料，可以了解厂家是否按照相关规程，规范完成了以上两个《规则》必须进行的检验，核对监检部门是否出具了合格的监检证书，确保提供给用户的设备在制造厂家生产出的产品是合格的。

2.4 重点监检

在现场施工监检的质量即在高温、高压、高合金的部件上关注运行工况更恶劣、风险更大、对安全性要求更高的部件。例如：电站锅炉大多数为燃煤炉，有亚临界和超临界炉之分，对其部件的检验项目和无损检测的检测比例是不一样的。A级锅炉，对安装焊接接头无损检测检查。每种管道抽查比例至少1%，检查高合金钢材材质安装焊接接头的硬度。每种材质抽查比例至少10%，所有安装焊接接头要用射线检测时，均按每种部件至少抽查接头数量的20%进行抽查。重点是返修前后的底片、底片的质量、缺陷评定是否符合相关标准要求，对于压力容器焊接质量的检验，高压加热器与空气罐也不是同等对待的。空气罐按照正常的比例抽查即可，而高压加热器就要加大抽查的力度。

2.5 监检中发现的问题

近30年的检验工作中，发现了许多焊接接头超标缺陷、母材缺陷和错用材料及热处理效果偏差等各种类型的缺陷问题。以下是四个典型的实例：

2.5.1 汽包下降管管座裂纹。在制造厂对某电厂的汽包进行验收检验时，首先发现其中一个集中下降管管座角焊缝存在缺陷，进而扩大检查，发现在汽包内的管座端存有大面积线性缺陷显示，再进一步扩大到其他三个管座的检验，也有程度不同的同类型缺陷，经分析认为：锻件中存在的缺陷为夹杂物引起的裂纹，如图1、图2所示。原因可能是供货商控制不当。导致此类部件共8件，全部判废，割除更换。

2.5.2 汽包内省煤器管外表的裂纹。在进行一次内外部检验时，新疆石河子天能电厂汽包内部省煤器出水管管壁上发现多处鼓包型的裂纹，均分布在管壁表面上。经现场目测分析认为，此部件内壁进入汽包内的给水其温度偏低，但其注入压力高，然而省煤器管在其制造厂制造过程中质量控制不严，未在此锻造部件发现有夹杂物。而进行施工现场安装并运行数年后而引起的鼓包型裂纹缺陷，要求更换。

2.5.3 P91联箱焊缝裂纹。高合金材料P91在超临界机组的锅炉中大量采用。主要用于高温段的联箱和管道中，这种材料在焊接时工艺要求很高。任何一个环节处理不当，都有可能产生缺陷。某厂的P91材质的联箱，在制造场内时，由于未按焊接工艺执行，在联箱对接焊缝根部产生许多缺陷，造成大量焊缝返修。

2.5.4 联箱连接管角焊缝缺陷。不仅高合金联箱焊缝会出现裂纹，即使是低合金联箱在工艺不当时也会产生缺陷，例如联箱管座角焊缝表面裂纹，未焊透、未融合、裂纹等。

3 在役承压设备的内外部检验（定期检验）

为确保电厂电站锅炉的正常安全运行，有必要按法定的规范和标准进行必要的检验，定期对承压设备进行全面检验。依照《锅炉定期检验规则》的相关规定进行检验。定期检验的周期分为外部检验、内部检验及耐压试验。并对各个检验的时间都有明确的规定。这几类的检验在《锅炉定期检验规则》中从检验准备、检验方法、检验内容、缺陷处理及检验结果都有明确的规定和要求，避免在检验过程中漏检和错判，有效地提高了对承压设备在运行过程中的安全稳定性。

在实际检验过程中应该有重点地对承压设备的重要部件、关键部件、高合金部件进行检验。以锅炉为例，要重点检验汽包、联箱（蒸汽导管、集气联箱、主蒸汽管）受热面管、铸造件等。需要根据这台锅炉的状况去判断，还要参考同类型、同期设备及该设备实际运行的小时数的情况。检验的重点应放在设备部件容易产生缺陷的部位和易产生失效的部位。例如：汽包内部夹层钢板的拼接焊缝是否裂开失效、内部装置是否有腐蚀严重的情况。即筒内给水管表面是否有裂纹、鼓包、安全阀及给水管接管与汽包的角焊缝是否有裂缝等。联箱、高温联箱（集气集箱、蒸汽导管等）是重点。如果是高合金的P91、P92材质，在检验中就更是重中之重。连接管与联箱的其他焊口，特别是高过、低过出入口在联箱底部时第一道对接焊口应是检点。受热面管子在运行中曾经发生过泄露或爆管的区域和近期曾经进行过改造的部件。

在进行重点检验的同时，还应强化专项检验。无损检测：小口径管（各种连接管）与联箱连接的焊口、磁粉检验（MT）和着色检验（PT）非常重要。该焊口开裂情况很多。尤其是近年来在新疆投产的大机组，运行时间最短的都在10000小时左右，过热器、再热器的连接管、焊口及减温减压器内部部件就有发生开裂的情况。高合金钢材料及焊缝，特别是P91、P92联箱管道的焊缝，磁粉检测（MT）、超声波检测（UT）检验都是需要的。针对上述情况，根据该设备的运行时间的长短，在制定检验方案中就应该根据《锅炉定期检验规则》做出相应的检验方案，有意识地安排一定比例的无损检测的抽查。按规则要求对发现的缺陷部位进行处理，直至合格为止，确保设备运行正常。在检验中还应采用氧化皮测量方法，直接测量管子（受热面管子）表面附着的氧化皮的几何尺寸。其结果可以间接地反映管子的运行情况、损伤程度，以此来评价该受热面的安全性。对合金材料的硬度值和金相检验数值是很必要的数据，特别是对P91、P92这里高合金的马氏体钢硬度、金相检验是非常重要的检验手段之一。

综合分析，检验中常常会发现各种类型的缺陷。如何确定缺陷产生的原因，采取什么措施进行处理，这时就需要综合分析各方面的影响因素。笔者从事电站锅炉的检验已有十余年，在检验中发现了不少问题。在检验中应对重点部位，易出现的缺陷部位予以侧重，加强检查。同时在对该设备运行工况的变化，动态信息及各项技术监控指标的情况，运行中是否有失效，如（爆管等）失效形式等都是检验的基础，是分析设备缺陷和隐患的依据，能够提出处理措施加强预防，确保设备能正常运行。

参考文献

[1] 尤满金.如何提高循环硫化床锅炉效益[J].民营科技，2013，（10）.

[2] 汪平标.针对循环硫化床锅炉燃烧控制的相关研究

[J].山东工业技术，2015，（20）.

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[关键词]输电线路;融冰;监测系统

中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）24-0042-01

前言：目前在世界范围内自然灾害频繁发生，而输电线路容易受到各种极端天气的影响，其中较为严重的是低温雨雪对输电线路造成的危害。在我国，第一季度及第四季度，全国大部均面临低温雨雪天气。雨雪过程频繁，输电线路覆冰现象多发，对电网的影响巨大，也对人们正常的生产生活造成一定损失。本文通过对输电线路融冰过程进行分析，由此提出监测系统的设计与实现。

1.目前的融冰方式

1.1 交流短路融冰

人类使用交流电的历史已经很久，对交流电的各种利用也研究得比较广泛，利用交流电流融冰已经在国内外被普遍使用。目前国家电路系统中，交流线路所占比例大，例如湖南电网、应用交流电流进行融冰相对方便快捷，可从电网中直接取得电源。交流短路融冰的原理是在线路中造成局部短路，使导线发热至可以融冰。

包括三种类型：三相短路融冰、两相短路融冰、线―地单相短路融冰。对于进行技术改造困难，无法抵抗强覆冰的线路，交流短路融冰比较适合。但所需功率很大，因此只适合电压不超过220kV的线路，而不适合电压超过550kV的覆冰线路。

1.2 直流融冰

直流融冰相对于交流融冰来说具有更多的优势：所需功率小、耗时短、融冰速度快，操作简便易行、对电网正常工作的影响较小等。在1972年前苏联开始使用二极管整流装置后，世界各国纷纷投入到对直流融冰技术的研究中。我国在2008年南方遭受极端天气之后，电力科研工作者对直流融冰装置和技术进行了自主研发，并在全国范围内进行推广，2009年至今每到覆冰期进行应用时，在应用规模和效果上表现优异，已走在世界先进水平。随着科技的不断发展进步，直流技术不断改革创新，整流元器件也多种多样，功能齐全，适合场景多。直流融冰技术应用越来越普遍。

1.3 过负荷融冰

过负荷融冰对于电压等级为110kV的地区特别适用，地区电网不需要断电，只需要提供足够的负荷就可以进行融冰。过负荷融冰也称为运行方式融冰，原理是通过调整电路的运行方式，而不用使电网停止工作，对覆冰的线路部分的负荷电流增大，来增加电能转化为热能的功率。这种融冰的方法简便，对电网的影响不大，只需对电网运行方式进行调整。过负荷融冰的方法较多，目前主要采用的是这几种方法：基于调度的调整潮流法、基于增加无功电流的融冰法、基于移相器的带负荷法等。目前我国电网仍然是使用220kV输电线路，和110kV线路存在很大联系，所以使用过负荷融冰方法也比较适合。

2.融冰方案分析

2.1 融冰电流计算不准确

选择何种融冰方法直接决定了融冰电流的计算方法，而融冰方法的选择又与融冰线路的特点以及该线路在电网中的功能等相关联。导线电阻、导线状态、线路长度、天气情况都对融冰的电流计算有很大影响。加拿大水电局根据线路覆冰的薄厚、环境的温度、风向以及风速、输电导线与水平地面间的距离、导线自身的电阻、吸热系数等数据，研发了一种计算融冰电流的程序。在我国，各级、各地电力研究院根据《电力系统分析程序》，也进行了一系列的研究方案。但是这些理论成果在实际应用中并不方便，同时准确度比较低，在具体情况中，对融冰电流的计算的把控并不是十分精确。

2.2 融冰时间计算不准确

从对国内外融冰系统的现状分析来看，对融冰时间的计算主要采用的方法是建立数学模型，所得假设比较保守固定，例如在实际情况下，输电导线上的覆冰并不是十分整齐的对称图形，而经常为椭圆、菱形、锥形、针状等不规则的形状。同时，在融冰过程中，覆冰比较薄的部分常常会出现水膜，水膜的出现将会使冰绕其重心旋转，融冰时间因此减少;同时，输电导线的震动和弯曲、融冰时的天气状况、环境中的风速、导线覆冰厚度与地面覆冰厚度不一致等都会对融冰时间计算的数学模型假设结果造成影响。实际上，融冰所需时间通常比假设的结果要久。

2.3 线路融冰的可行性

对于融冰线路的可行性进行分析，融冰电流需要的融冰电源的电压是关键。由于设备能力和实际情况的制约，系统存储无功的能力受限制。对于长度不超过169km的输电线路，如按交流短路融冰方式来说，最小融冰电流所需融冰电源为220kV，但无功功率同时限制了电源电压，若按照此种方式融冰，则无功功率应大于或等于2000Mvar;而对于550kV供电线路来说，不能使用220kV作为融冰电源，也不能使用550kV作为融冰电源。当环境温度在18摄氏度、无风，融冰电流不低于4000A时，可使用直流融冰的方法，所需功率由系统提供，不多于200MW。综上，要针对各种线路，与实际情况相结合，选择适宜的方案对线路进行融冰，才能高效快捷地完成融冰任务，保障广大人民群众的利益不受损失。

3.监测系统的设计

3.1 系统组成

输电线路融冰过程监测系统有很多种，通常包括对输电线路气象情况微小变化的监测，例如环境温度、湿度、风向、风速以及气压等;同时也可监测导线的覆冰状况，例如导线的弯曲程度和震动幅度等;此外还可监测导线的实际工作温度。监测系统的组成的基础是位于省级监控中心的主机，还包括下辖地市的电力部门监控中心的主机、线路通信分机、气象监测分机、专家系统等五个部分。通过这种输电线路融冰过程的监测系统，可对导线温度、覆冰重力动态变化、风向、风速、温度、湿度、压力、降水量进行从上到下的实时监测。

3.2 系统运行

该监测系统的运行方式如下：首先根据省级监控中心的主机根据时间变化得到的环境温度、湿度、风向、风速、大气压力、导线的覆冰状况、导线的弯曲程度和震动幅度、导线温度等信息，对此进行收集整理的同时，要通过线路通信分机对各地市的气象监测分机进行联系，将信息发送下去。根据建立的数学模型计算并分析各个监测地点融冰线路的覆冰、融冰状况变化情况以及当前导线的温度变化情况等。省级监测中心可对线路通信分机进行参数设置，可直接对地市级监测中心的结果进行处理分析，这样，能够有效地提高融冰线路监测系统工作的效率和灵活程度。

3.3 系统试验效果

采用上述的输电线路融冰过程监测系统进行试验。从线路覆冰开始监测，线路覆冰经过起始阶段，发展阶段以及稳定阶段，期间可能会出现短时间覆冰大面积脱落，当覆冰过程结束时对该线路进行融冰，通过省级监测中心所得信息，操作人员对线路进行直流融冰操作。监测分机将融冰情况实时经由通讯分机上传至监控中心，通过专家系统，可对导线温度进行调节，并记录测量数据，最终自动地绘制出一条温度随时间变化的曲线。通过该曲线可以清楚地了解整个现场覆冰融冰的情况。当线路覆冰程度为零时，系统通过地市级监测分机和通讯分机的反馈，可提醒操作人员停止融冰操作，结束融冰过程，避免导线温度过高引起不必要的损失。该试验表明，此系统对线路融冰具有很高的监测效果以及操作简便易行等优点。

结语

输电线路覆冰会造成很多问题和严重的后果，最直接的就是会给社会带来经济损失。所以线路的覆冰机理的研究、相关数学模型的建立、融冰过程的实现以及融冰过程的监测都十分重要。通过对融冰进行监测，可提高融冰效率，节约社会资源。

参考文献

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【关键词】集成电路；设计方法；IP技术

基于CMOS工艺发展背景下，CMOS集成电路得到了广泛应用，即到目前为止，仍有95%集成电路融入了CMOS工艺技术，但基于64kb动态存储器的发展，集成电路微小化设计逐渐引起了人们关注。因而在此基础上，为了迎合集成电路时代的发展，应注重在当前集成电路设计过程中从微电路、芯片等角度入手，对集成电路进行改善与优化，且突出小型化设计优势。以下就是对集成电路设计与IP设计技术的详细阐述，望其能为当前集成电路设计领域的发展提供参考。

1当前集成电路设计方法

1.1全定制设计方法

集成电路，即通过光刻、扩散、氧化等作业方法，将半导体、电阻、电容、电感等元器件集中于一块小硅片，置入管壳内，应用于网络通信、计算机、电子技术等领域中。而在集成电路设计过程中，为了营造良好的电路设计空间，应注重强调对全定制设计方法的应用，即在集成电路实践设计环节开展过程中通过版图编辑工具，对半导体元器件图形、尺寸、连线、位置等各个设计环节进行把控，最终通过版图布局、布线等，达到元器件组合、优化目的。同时，在元器件电路参数优化过程中，为了满足小型化集成电路应用需求，应遵从“自由格式”版图设计原则，且以紧凑的设计方法，对每个元器件所连导线进行布局，就此将芯片尺寸控制到最小状态下。例如，随机逻辑网络在设计过程中，为了提高网络运行速度，即采取全定制集成电路设计方法，满足了网络平台运行需求。但由于全定制设计方法在实施过程中，设计周期较长，为此，应注重对其的合理化应用。

1.2半定制设计方法

半定制设计方法在应用过程中需借助原有的单元电路，同时注重在集成电路优化过程中，从单元库内选取适宜的电压或压焊块，以自动化方式对集成电路进行布局、布线，且获取掩膜版图。例如，专用集成电路ASIC在设计过程中为了减少成本投入量，即采用了半定制设计方法，同时注重在半定制设计方式应用过程中融入门阵列设计理念，即将若干个器件进行排序，且排列为门阵列形式，继而通过导线连接形式形成统一的电路单元，并保障各单元间的一致性。而在半定制集成电路设计过程中，亦可采取标准单元设计方式，即要求相关技术人员在集成电路设计过程中应运用版图编辑工具对集成电路进行操控，同时结合电路单元版图，连接、布局集成电路运作环境，达到布通率100%的集成电路设计状态。从以上的分析中即可看出，在小型化集成电路设计过程中，强调对半定制设计方法的应用，有助于缩短设计周期，为此，应提高对其的重视程度。

1.3基于IP的设计方法

基于0.35μmCMOS工艺的推动下，传统的集成电路设计方式已经无法满足计算机、网络通讯等领域集成电路应用需求，因而在此基础上，为了推动各领域产业的进一步发展，应注重融入IP设计方法，即在集成电路设计过程中将“设计复用与软硬件协同”作为导向，开发单一模块，并集成、复用IP，就此将集成电路工作量控制到原有1/10，而工作效益提升10倍。但基于IP视角下，在集成电路设计过程中，要求相关工作人员应注重通过专业IP公司、Foundry积累、EDA厂商等路径获取IP核，且基于IP核支撑资源获取的基础上，完善检索系统、开发库管理系统、IP核库等，最终对1700多个IP核资源进行系统化整理，并通过VSIA标准评估方式，对IP核集成电路运行环境的安全性、动态性进行质量检测、评估，规避集成电路故障问题的凸显，且达到最佳的集成电路设计状态。另外，在IP集成电路设计过程中，亦应注重增设HDL代码等检测功能，从而满足集成电路设计要求，达到最佳的设计状态，且更好的应用于计算机、网络通讯等领域中。

2集成电路设计中IP设计技术分析

基于IP的设计技术，主要分为软核、硬核、固核三种设计方式，同时在IP系统规划过程中，需完善32位处理器，同时融入微处理器、DSP等，继而应用于Internet、USB接口、微处理器核、UART等运作环境下。而IP设计技术在应用过程中对测试平台支撑条件提出了更高的要求，因而在IP设计环节开展过程中，应注重选用适宜的接口，寄存I/O，且以独立性IP模块设计方式，对芯片布局布线进行操控，简化集成电路整体设计过程。此外，在IP设计技术应用过程中，必须突出全面性特点，即从特性概述、框图、工作描述、版图信息、软模型/HDL模型等角度入手，推进IP文件化，最终实现对集成电路设计信息的全方位反馈。另外，就当前的现状来看，IP设计技术涵盖了ASIC测试、系统仿真、ASIC模拟、IP继承等设计环节，且制定了IP战略，因而有助于减少IP集成电路开发风险，为此，在当前集成电路设计工作开展过程中应融入IP设计技术，并建构AMBA总线等，打造良好的集成电路运行环境，强化整体电路集成度，达到最佳的电路布局、规划状态。

3结论

综上可知，集成电路被广泛应用于计算机等产业发展领域，推进了社会的进步。为此，为了降低集成电路设计风险，减少开发经费，缩短开发时间，要求相关技术人员在集成电路设计工作开展过程中应注重强调对基于IP的设计方法、半定制设计方法、全定制设计方法等的应用，同时注重引入IP设计技术理念，完善ASIC模拟、系统测试等集成电路设计功能，最终就此规避电路开发中故障问题的凸显，达到最佳的集成电路开发、设计状态。

参考文献

[1]肖春花.集成电路设计方法及IP重用设计技术研究[J].电子技术与软件工程,2014,12(06):190-191.

[2]李群，樊丽春.基于IP技术的模拟集成电路设计研究[J].科技创新导报,2013,12(08):56-57.

篇5

1什么是高速数字电路

高速数字电路就是一种根据高速变化的信号，在电路中所产生的包含比如：电感、电容等模拟性质效果的电路。它主要是由分布参数系统与集中参数系统两个系统构成。分布参数系统可被使用高速数字电路设计过程中，分布在熟悉度更靠近该系统对信号时间和其存在的位置对应的特性有关键性作用，因此对信号特性产生影响的关键因素是元器件间的信号长度，此外线路中的信号传输过程也会产生相应的延迟。而集中参数系统在高速数字电路技术中并不适合高速数字电路，而被普遍使用于低速数字电路设计（胡文涛，计算机高速数字电路设计技术点滴谈，数字技术与应用,2015年第12期235页）。

2影响计算机高速数字电路设计技术的问题分析

对电子设计领域来讲，计算机高速数字电路设计技术的发展与研究是其重要突破，也对计算机电子技术的进一步发展优化有重要促进作用。但是，在当前阶段的计算机高速数字电路设计技术发展过程中，仍旧存在很多影响严重的问题，下面重点讨论三个方面的问题（黄一曦，计算机高速数字电路设计技术探讨，山东工业技术,2016年第12期154页）。

2.1阻抗不匹配的问题

信号传输线上抗阻是其关键因素，但是在当前阶段计算机高速数字电路设计技术使用过程中，时常出现信号传输位置上的抗阻部匹配的问题，抗阻不匹配会导致反射噪声的产生，反射噪声会对信号的形成产生一定的破坏，导致信号的完整性受到严重影响。

2.2电源平面间电阻和电感的影响

从实际情况出发，根据当前先进的电子技术设计出来计算机高速电路设计技术，并且该技术在很多领域被充分使用。在当前阶段的计算机高速数字电路设计中，来自电源平面间电阻与电感的影响，会让传输过程中产生大量电路输出同时动作的问题，从而让整个电路出现很大的瞬态电流，这一电流会对极端集高速数字电路地线和电源线上的电压造成严重的影响，还可能会造成波动的情况（王威，计算机高速数字电路设计技术及优化策略，通讯世界,2016年第20期244-245页）。

2.3信号线间距离的影响

在计算器高速数字电路设计技术中，信号线间距离的影响普遍存在。通常来讲，信号线间的距离会跟着印刷版电路密集度的增大而产生相应变化，该变化会越来越小，并且在这个变化过程中也会致使信号与信号间的电磁耦合逐渐变大。因此就不能再对其忽略处理，信号间还会产生串扰现象，而且该问题还会随着时间的变化而逐渐加重。以上几个关键问题如果不得到及时解决，则计算机高速数字电路设计技术无法在当前多个领域中得到进一步充分使用，严重阻碍我国电子科技行业的创新与发展（贾萍，探析计算机高速数字电路设计技术，智能城市,2016,年第10期44页）。

3优化计算机高速数字电路技术的有效措施

3.1优化电路信号设计，确保电路信号的完整性

为全面提高计算机高速数字电视信号的完整性、准确性与可靠性，在对整个计算机高速数字电路的布局时就要重视其合理性。就当前的实际使用情况来看，计算机高速数字电路设计技术中，抗阻不匹配问题一直无法得到有效的解决，这严重影响了电路信号的完整性，为了使得抗阻不匹配这一问题得到有效解决，可以从以下几个方面来研究解决：第一，仔细研究不同电路信号在传输过程中的具体情况，并对其中的干扰问题和反射情况进行具体研究；第二，传输过程中，对不同信号源传输时的电路信号产生的干扰情况做具体分析。抗阻不匹配问题会让计算机高速数字电路运行时的电路信号传输效果产生严重影响，不管抗阻值偏大还是偏小，其影响的程度都非常严重，会给电路信号得传播产生一定的干扰，还会阻止电路正常合理运行，使得计算机高速数字电路传输信号的完整性产生偏差。为了有效解决抗阻不匹配问题，还需对计算机高速数字电路设计技术进行深层次研究，并根据其设计理论找到高速数字电路设计中临街阻抗与电路的匹配原因，从而优化抗阻配置方式，让其始终保持过阻抗状态，如此一来就能确保电路在运行过程中，不会由于阻抗不匹配问题而导致整个电路信号传输的完整性受到严重影响。该问题的解决，使得系统的可靠性能有效提高（潘元忠，高速数字电路设计技术的应用研究，数字技术与应用,2017年第12期162-163和165页）。

3.2优化电路电源设计，减少电源系统阻抗

根据电路设计理论研究发现，若电路系统中不存在任何阻抗因素，那么电路设计的运行状态将会呈现理想模式，由于在整个信号回路中没有任何抗阻的影响，也会使得整个运行状态的能量消耗大幅减少，而且系统内的所有元件所流经的电压与电流都能维持恒定状态。计算机高速数字电路的构成元件当中，电源是其构成元件的重要组成部分。从上面的内容可以得知，电源平面范围内存在电感和电阻，那么在运行过程中，整个电脑的电源部分都会由于电压的问题而使得电源电压出现波动状态，该情况会使得计算机高速数字电路的运行可靠性严重下降，也会让电源电压的稳定性出现问题。所以，为了提高整个系统在运行过程中的可靠性与稳定性，在设计电路系统的过程时，就应该将电源电阻和电感的因素考虑在内，从一开始就减少由于电源内部的电感和电阻给整个系统运行所带来的不良影响，利用有效措施减少抗阻。从目前使用于计算机高速数字电路的电源材质来看，多数使用的是铜质材料，而根据计算机高速电路的具体情况来看，铜质材料的电源无法满足其具体需求（孙丽华，高速数字电路设计技术的应用，电子技术与软件工程,2018年第16期90页）。所以才会导致整个运行过程中系统的正常运行无法得到保障，使得电路系统的稳定性与可靠性受到严重影响。在考虑以上因素对系统的正常运行影响程度后，可以考虑把电容技术使用的电路中，电容技术的加入会让电源面电感和电阻对系统运行的影响程度大幅降低，从而也会让整个计算机高速数字电路系统的运行安全性与完整性得到保障（杨瑞萍,孙海波，计算机高速数字电路设计技术探讨，电子技术与软件工程,2015年第5期137页；杨涛,李成文,陈国,范超，机载计算机高速数字电路系统的硬件抗干扰设计，大众科技,2015年第6期1-4页）。

结语：

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1Proteus仿真软件简述

Proteus软件是英国LabCenterElectronics公司出版的EDA工具软件(该软件中国总为广州风标电子技术有限公司)。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能,还能仿真单片机及器件。它是目前比较好的仿真单片机及器件的工具。虽然目前国内推广刚起步,但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。该软件包含ISIS和ARES两个软件部分,这两个部分在大环境下扮演着两个不同的重要角色,都有着举足轻重的作用。在日常工作中,ARES部分是用来当PCB设计工作的助手,进行有效辅佐,而ISIS则是主要负责在仿真开启的环境下对电路原理和模拟电路的设计工作。

2Proteus仿真软件进行仿真电路设计的过程分析

在电子电路实训过程中,proteus仿真软件在进行仿真电路设计时,要在软件编辑界面,按照需要模拟的实际电路思路,设计出一套最符合实际情况的电子电路图,再通过许多相关数据计算,尽可能在最短的时间内完成对电路的初步设计和对数据的测量与计算整理,最后完成整体的模拟电路设计,然后利用软件的电路生成功能,输出最后的电路设计图。为了确保电路设计的顺利进行,仿真电路设计过程可以这样:先确定核实设计项目,然后运行proteus软件,绘制初步的电路原理图,然后根据原理确定需要的元件种类和数量,启动仿真系统,用虚拟仪器检测然后读出数据,分析结果,如不符合要求,对元件或者电路作适当修改然后再次检测,当符合要求时,要对电路进行完善,确定无误后敲定最终设计方案,然后系统自动生成电路图。

3Proteus仿真软件的仿真电路设计与调试

在进行电路工作前,相关人员要检查虚拟测量仪器与被测量点的两个终端是否处于正常连接状态,还要确定信号源良好的接地情况,其中还要注意示波器与地线的连接状况。测量结束后要确保测量结果是GND的相反波形,有利于后续对电路的研究。实验过程中,要时刻注意电压表,电流表的指针位置,而在仿真电路时,要注意串联电路中电流指针的指数,如有任何问题,要及时地在相应的执行操作界面,通过网络,对电压作出适当调整,然后继续进行仿真电路的研究试验,推动proteus仿真软件在电子电路设计应用中的发展。

4Proteus仿真软件的实用电路分析

在今后的与电路设计有关的工作当中,我们不光要充分发挥并发展proteus仿真软件,还要通过合理的方法来判断研究proteus仿真软件在未来电路研究中的发展趋势,然后进行相应改进。而proteus软件还需要通过传感器电路,正弦电路等实用电路中不断的进行试验和探索,最后才能把此项技术落实到实际电子科技产品的生产环节当中去。所以,我们再使用该软件进行电路设计和分析时,要把重点放到传感器电路和正弦电路等电路的实用性上,结合实际情况探究,才能更好地让软件适用于各种实用电路的应用。还能开发出仿真系统的其他用法和功能,促使电子行业发展,为以后的研究工作打下坚实的基础。

5结语

综上所述,现阶段proteus仿真软件的应用已经十分广泛,而其使用功能也十分便利和强大,在进行电子电路设计时,为了能够更深刻研究电路的工作情况,更准确地对电路中存在的不足之处进行调整,我们要进一步对软件进行挖掘研究,明确操作规范,开发出更实用的功能以便使用。还能改善传统的电子电路设计工作,并检测出其中的缺陷,为降低电路实验成本,更有效地完成实验和缩短实验时间等方面,都有积极的推进意义。

作者:侯彬 单位:东北石油大学秦皇岛分校

参考文祥

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关键词:电子电路设计；创新；路径

科技的不断进步和发展,电子产品逐渐的渗透到生产和生活的各个领域,成为国家科技生产水平的主要组成因素,推动者计算机技术的不断进步,成为国家发展的动力,为技术的全面进步提供必要的条件。但是现阶段我国进行电子电路设计的过程中存在一定的问题,创新能力不足,自主知识产权意识较弱,造成整体发展水平出现滞后性,因此在今后的发展中需要对电子电路设计的创新路径进行分析,全面的掌握创新方法,保证电子电路自主研发能力的提升,促进我国科技水平的全面进步。

1电子电路设计概述

1.1电子电路设计的原则

电子电路设计需要遵循相关的原则,这样才能更好地保证设计的科学性,首先需要对电子电路内部的各项原件相互之间的关系进行全面的分析,掌握设计的内部结构以及外部结构,整体上对原件内部的各项构造进行分析,综合地对电子电路的各项类型进行分析,全面地掌握各项设计类型。其次需要关注设计的功能性原则,在进行设计的过程中需要将电子电路系统进行更加细致全面的划分,掌握不同模块的实际功能,考虑到实现这些模块和功能的途径,从而在设计中了解掌握原件的情况,实现电子电路设计的规范性。在进行电子电路设计的过程中需要保证各项功能的完整性,在进行设计的过程中需要针对每一个部件的实际使用效果进行分析,确定整体的设计成果符合实际使用的效果,这样才能进一步提升设计的科学性与合理性,在实际使用中保证使用的质量。

1.2电子电路设计的技术

进行电子电路设计需要采用合适的方法,具体的方法包括遗传算法。这种方法在进行设计的过程中将关注的焦点放在需要解决的问题上,针对性地进行代码设计,对需要解决的问题进行相应的编程,这样的方式可以在进行程序编制的过程中避免因为竞争机制带来不同遗传操作和交叉变异的问题,满足现实情况下的管理机制,对其中较差的个体进行替代,保证代码的使用更加符合技术的需要,不断地满足现实条件,对结果进行更加全面的管理,对实际问题进行整体解决。而现场可编程逻辑阵列是将逻辑电路方式进行应用,采用在线编程的方式,将存储芯片设置在RAM内,在需要编程的过程中通过原理图和硬件对语言进行描述,然后将数据存储到RAM内,这样将数据进行存储的方式使得相关的逻辑关系得到更加科学的处理,一旦对其中的FPGA开发软件进行断电之后,就会出现RAM的逻辑关系空白,为整体的数据存储节省较多的空间,提升FPGA系统的使用效率,将不同的数据流灌入到硬件系统中,提升电子电路设计的整体质量,便于对设计方法进行全面的创新。

2电子电路设计的创新基本方法

2.1对电子电路进行层次化的设计

进行电子电路层次化的设计首先需要将基本构造分成相应的模块,对不同的模块进行分层次的设计描述,整体设计过程中需要按照从硬件顶层抽象描述向最底层结构进行转换,直到实现硬件单元描述为止,层次化设计在进行管理设计的过程中相比较而言较为灵活,可以根据实际特点选择适宜的设计方式,既能够是自顶向底的方式,也可以是自底向顶的方式,具体情况需要按照实际情况进行分析,对电子电路的设计进行全面科学的管理。

2.2对电子电路进行渐进式设计

渐进式设计也是电子电路设计中经常出现的情况,这种设计方式主要是将一些附加功能带入到管理中,将设计的相关指标使用到设计中,其中包括高频、低频模拟电路、数字电子线路的结构设计,然后依据实际情况设计相应的单元电路结构,将电子电路工作的特点和运行方式融入到设计中,并将线路设计进行全面的整合,注重输入与输出之间的相互关系,保证电路设计的规范性,将电子电路设计得更加便于操作。同时在进行设计的过程中需要对渐进式设计的步骤进行分析,根据应用型电子电路的功能,及时地对电子电路进行组合,在进行拼装时需要关注连接点信号连接的强度、幅度以及电压值之间的关系,将整体电路进行更加科学的设计。

2.3硬件语言描述设计

在进行电子电路设计的过程中还可以使用基于硬件语言描述的形式,首先需要对设计目标进行全面的管理,熟悉电子设计中对信号进行控制的相关原理,保证信号处理的各项参数。在具体信息确定完成之后需要对系统进行分解,找出硬件的总体框架,之后对设计图进行仿真设计,将较为重要的位置使用相关的记号进行标注,然后借助CAD软件对设计进行仿真测试,保证电子电路设计的逻辑关系、正负极值、时序等的正确性,提升方案设计的规范性。

3电子电路设计的创新路径

3.1电子电路构架设计

进行设计创新首先需要对整体的设计构架进行管理,在设计中对FPGA系统进行重新定义,在硬件单元内部建立连接,找出更加明确的构建系统,对设计途径进行创新。在设计结束之后需要对设计目标以及设计结果进行对比,可以采用错误的代码,验证系统在进行甄别过程中的效果,对于出现问题的地方及时进行改进。在结束之后选择适宜的子系统,其中一部分保持原本的运行状态,一部分按照遗传算法进行一定的修改,这样可以对系统进行更加完善的处理,使操作的适应性更强。进行改进之后再对系统进行整体的验证,不断地对设计方案进行改进,使得设计更加符合方案的需要。

3.2对设计环境进行创新

在设计过程中需要对系统的环境进行创新,用于测试的环境需要将测试的硬件与显示的FPGA构架和硬件进行全面的控制,制定适宜的仿真软件。计算机在使用的过程中可以通过通信电缆将数据从计算机下载到FPGA系统中,使用规范化的仪器对数据采集中的硬件和软件进行连接,对设计方案进行全面的评估,并将数据转化进行应试实验,对软件进行仿真处理,提升系统整体运行环境。

4结语

电子电路设计对于科技的发展具有较为关键的作用,需要对系统进行全面的管理,对设计方法进行不断的创新,使设计在多变的环境中实现自我重构,提升设计的科学性,使抽象的理论形象化、复杂的电路实际化。不仅能提高理解分析能力,而且能提高设计能力。通过设计和模拟仿真可以快速地反映出所设计电路的性能,使设计更加生动、直观、实时、高效,更好地为人类造福。

参考文献

[1]梁光胜.电子技术系列课程教学改革的研究与实践[A].中国光学学会光电技术专业委员会,教育部高等学校电子信息科学与工程类专业教学指导分委员会,全国高等学校光学教育研究会.全国光学、光电和电子类专业教学经验交流、研讨会专集[C].中国光学学会光电技术专业委员会,教育部高等学校电子信息科学与工程类专业教学指导分委员会,全国高等学校光学教育研究会,2012.

[2]黄品高,叶懋,景新幸.电子电路基础实验教学中培养学生创新能力的基本素质的探索[A].教育部中南地区高等学校电子电气基础课教学研究会.教育部中南地区高等学校电子电气基础课教学研究会第二十届学术年会会议论文集（上册）[C].教育部中南地区高等学校电子电气基础课教学研究会,2010.

[3]宋菲.电子电路设计的创新路径分析[J].数字技术与应用,2015(6):17.

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关键词:专用集成电路设计;创新;教学;探讨

中图分类号:G424文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)04-0920-02

Discussing about How to Teach the "Design of Application-Specific Integrated Circuit" Course

WU Yu-hua

(Beijing Electronic Science and Technology Institute, Beijing 100070, China)

Abstract: "Design of Application-Specific Integrated Circuit" is an important specialty course. In this paper, we will discuss the teaching technique about this course of non-micro-electronics specialty. Combining the teaching practice, several teaching experiences about "Design of Application-Specific Integrated Circuit" course are summarized.

Key words: design of application-specific integrated circuit; innovate; teaching; discuss

《专用集成电路设计》是电气信息类专业开设的一门比较重要的专业课。为了培养宽口径、基础扎实的集成电路设计人才,满足IC行业对人才的大量需求,无论是在微电子专业,还是在相关的其他电气信息类专业,不少重点高等院校都已经开设了本门课程。在学生已经掌握了模拟电子技术、数字电子技术和一定的晶体管原理知识的基础上,通过学习《专用集成电路设计》课,进行ASIC设计理论的学习和实践的强化,进一步掌握集成电路和电路系统的设计知识,提高集成电路设计能力,增长集成电路设计经验;通过理论教学和实践教学,来加强电气信息类专业学生的电路设计基础、版图设计基础以及集成电路设计各环节的验证知识等,培养学生在集成电路设计方面的研究兴趣,为后续课程的学习和进一步的深造打好基础。

由于专业建设和人才培养的需要,北京电子科技学院同样开设了《专用集成电路设计》的专业选修课,授课对象是电子信息工程专业的本科生,由于非微电子的专业背景原因,他们并不具备足够的半导体物理、晶体管原理等知识,因此在本课程的教学过程中,必然要针对具体对象,调整教学内容,创新教学思路,加强教学研究,找到一种适合于非微电子专业本科生的教学思想和教学方法。通过教学实践,学生对于课程组在这一课程中的创新、探索和具体的教学方法比较认可。这里把我们在《专用集成电路设计》课教学实践中的初步探索做一些总结,希望与大家分享。

1 结合实际合理设置授课内容,以学生能够接受为目标

电子信息工程专业的学生在学习《专用集成电路设计》课程之前,已经系统地学习了《电路分析》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《EDA技术》等有关电子技术和电路系统的课程,对于电路系统的设计已经有了一定的理解,并进行过比较系统的动手实践训练,为进一步学习《专用集成电路设计》课程打下了比较坚实的知识基础和实践基础。但是由于专业背景的原因,该专业不太可能只是为了《专用集成电路设计》课而专门开设《半导体物理》、《晶体管原理》等这些在微电子专业才有的课程,因此,与微电子专业相比,电子信息工程专业的本科生欠缺有关晶体管原理和半导体工艺等方面的必要知识。在设置授课内容时,必然要考虑到这一点,总的原则应当是以学生能够接受、但又不应该过于轻松接受为目标,而且要尽量避免与《EDA技术》等课程的知识重复。

根据我们的课程内容设置原则,将《专用集成电路设计》课的讲授内容分为以下几章:第一章:ASIC设计概述;第二章:CMOS逻辑;第三章:ASIC库设计;第四章:ASIC的前端设计;第五章:ASIC的后端设计;第六章:可测性设计技术;第七章:SOC设计技术简介。在各章的讲授中,占用课时较多的分别是第二章、第三章和第五章。在讲授时强调培养学生的系统设计能力,使学生对专用集成电路的设计、制造、测试等一整套流程有一般性、整体性的了解,建立专用集成电路的基本概念和方法,了解IC领域的最新发展趋势,激发学生潜在的对集成电路前、后端设计的兴趣。为了配合理论教学,提升教学效果,还设置了合适的实验教学内容。

2 注重实验教学效果,以培养动手实践能力为目标

集成电路设计类课程除了理论教学以外,实验教学尤为重要,因为这类课程对学生的训练重点正是在于动手实验,提前接触到未来在进一步的研究和工作中可能会应用到的一些软件工具、设计流程以及设计技巧等,这样才能促进学生理论与实践相结合,真正帮助学生掌握ASIC设计技术。因此本课程要更加注重实验教学效果,着力培养学生的动手实践能力,进而使学生能够更加准确、具体和形象地掌握在课堂上学到的理论知识。根据这一原则,经过试用修订,我们专门编印了《专用集成电路设计实验指导书》,根据大纲的变化,使用工具版本的提高,目前已经编印了2007版和2009版的实验指导书,共设计了五个实验,具体是:实验一:IC设计工具的使用;实验二:单元电路的前端设计;实验三:标准单元的版图绘制与验证;实验四:四位加法器和减法器ASIC的设计;实验五:计数器ASIC的设计。每个实验3学时,其中实验二、实验四和实验五为综合性、设计性实验。

选用一种合适的集成电路设计工具是顺利进行实践教学的关键。我们选用了美国Tanner Research公司开发的一种优秀集成电路设计工具――Tanner Tools Pro,它虽然在功能上不如Cadence、Synopsys等大型工具强大,但它的最大优点是成本低,可以在PC机上使用,而且图形处理速度快,编辑功能强,便于学习,使用方便,特别适用于高校进行相关的教学和科研工作。Tanner Pro工具在美国和台湾的很多大学中早已被广泛应用,台湾不少IC设计企业也在使用Tanner Pro工具。该工具较新版本为Tanner Tools Pro 13.0,主要包含了S-EDIT(原理图编辑)、L-EDIT(版图编辑)、T-SPICE(电路仿真)、W-EDIT(波形观察)和LVS(版图与原理图比对)等几个功能不同的子工具,满足了集成电路设计从前端到后端、设计验证的一系列过程的需要,完全可以适用于《专用集成电路设计》课程的实践教学。通过我们在课程实验、毕业设计等实践教学环节的使用,发现学生对这个工具上手快、掌握熟,对于以后使用其他的IC设计工具也有一定的帮助,而且培养了他们将来涉足IC设计领域的兴趣和信心。图1是学生在实践教学中得到的一个版图设计结果。

3 适当讲授最新技术进展,以让学生跟上行业发展脚步为目标

我们都知道,集成电路设计技术、制造工艺等的发展速度飞快,遵循着集成电路最小特征尺寸以每三年减小70%的速度下降、集成度每年翻一番和价格每两年下降一半的著名的摩尔定律,集成电路的设计和制造技术发展日新月异。因此,在《专用集成电路设计》的教学过程中,必须要根据教学大纲的要求,在系统讲授已经设置好的教学内容的前提下,结合具体授课内容,适当讲授最新技术进展,以期让学生跟上集成电路设计行业发展的脚步,并不断将这些新技术、新进展、新方法、新工具、新工艺融入到授课内容中,做到授课内容常讲常新。其实这除了让学生可以接受到最新的知识和了解到该领域最新进展之外,同时也是一个教学相长的过程,对于教师的教学和相关科研也是一种无形的促进,可以督促教师不断地跟踪与IC设计、制造相关的最新研究成果,并进行精心的组织,将这些成果有机融入到课程教学中,做到授课内容的不断更新,而且这样也才能够避免一份讲稿多年重复使用,保证教师在教学中的激情,增强教学效果。

在这里仅仅举一个具体例子。在一次讲授到集成电路工艺的内容时,作者为同学们讲授了不断发展的集成电路工艺水平,以及所遇到的工艺发展瓶颈对于摩尔定律的挑战,还具体讲到了Intel公司新推出的0.45nm工艺的CPU,它采用了大大不同于以往的工艺方法,这次工艺变革可以称得上是“拯救摩尔定律”的一大技术进展。本次课后,不少同学纷纷通过互联网等来查阅这一最新工艺的具体情形,表现出了浓厚的学习兴趣。

4 创新课程考查方式,以激发学生进一步的研究兴趣为目标

一门课程的考查方式如何,对于这门课程能不能按照教师的预想,达到既定的最终教学目的,有着比较重要的作用。传统的一张试卷去“考”出学生学习效果的方式虽然比较简单省事,但却过于单调,虽然从某种程度上能够考查出学生对这门课程知识的掌握程度,但是对于激发学生在学完这门课程之后,对本学科、本领域进行进一步研究的兴趣却作用不大。由于自从接受学校教育以来经历了无数次的考试,不少学生厌烦考试的情绪比较严重,恨不得考完后把教材、作业、笔记等都马上丢弃,这是现实存在的、我们必须得承认的事实。从某种意义上说,通过考试来考查学生的学习,有时对最终教学目标的实现会起到一定的反作用。而且单纯考试的方式也很难发现学生对于这门课、这个领域、这个行业的独特想法和创新思路。

作者在《专用集成电路设计》教学过程中,结合课程的专业特点,积极探索并实践了采用提交论文和现场答辩相结合的课程考查方式,即在课程讲授到二分之一左右时,布置给学生论文题目,对于论文的范围、参考文献的篇数、论文的格式和字数等做出明确而具体的规范,要求学生在最后一次课之前提交自己的论文,做好答辩ppt,并利用专门的时间集中进行答辩,每位学生对自己准备的论文,进行5分钟左右的讲解,并接受教师和其他学生的提问。通过创新课程考查方式,提交论文和现场答辩相结合,让学生在准备论文和答辩材料的过程中对专用集成电路设计的有关内容和工艺、方法等有了更加深刻的理解,并有了一个系统的知识梳理过程,现场答辩的方式也更能够展现学生对于集成电路设计的一些独特的思路和创新性的理解,学生在经历这一过程时,也促使自己积极思考,主动研究,努力去探索和集成电路、微电子学有关的一些研究方法和最新进展,激发自己在完成本门课程的学习后、甚至是大学毕业后进行进一步研究的兴趣和信心;另外还在这个过程中提升了学生的论文写作能力、科学研究能力。

5 结束语

《专用集成电路设计》课(或者其他名称的类似课程)在不少设有微电子学专业的重点大学中开设较为普遍,但在没有微电子学专业的高校特别是非重点高校中开设并不多,对于该课程教学实践中的一些具体的方法研究和探讨需要更加深入。作者在教学实践中,紧密围绕本校、本专业的培养目标,以授课对象为主体,遵循课程的教学规律和科学研究规律,选择合适的授课内容和教学方法,并且不断地对此进行探索和研究,收到了初步的教学效果。当然,教学创新永无止境,教学方法的研究和探讨不能止步,作为一名年轻教师,在今后的教学实践中,作者将在加强学习以及与同行交流的前提下,进一步拓宽和创新教学思路,探索和完善教学模式,研究和更新教学内容,学习和探讨教学技巧,敢于创新,善于创新,真正做到教好书,育好人。

参考文献:

[1] Michael John Sebastian Smith.专用集成电路[M].虞惠华,等,译.北京:电子工业出版社,2004.

[2] 路而红.专用集成电路设计与电子设计自动化[M].北京:清华大学出版社,2004.

[3] 廖裕评,陆瑞强.集成电路设计与布局实战指导[M].北京:科学出版社,2004.

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关键词：电子设计自动化；课程特点；教学方法

作者简介：董素鸽（1983-），女，河南叶县人，郑州大学西亚斯国际学院电子信息工程学院，助教；李华（1972-），男，河南郑州人，郑州大学西亚斯国际学院电子信息工程学院，助教。（河南郑州451150）

中图分类号：G642.41     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2012）11-0046-02

电子设计自动化（EDA：Electronic Design automation）是将计算机技术应用于电子设计过程中而形成的一门新技术，[1]它已经被广泛应用于电子电路的设计和仿真、集成电路的版图设计、印刷电路板（PCB）的设计和可编程器件的编程等各项工作中。

随着半导体技术及电子信息工业的不断发展，电子设计自动化技术在信息行业中的应用范围越来越广泛，应用领域也涉及产业链中的几乎任何一个环节。一方面是社会上对电子设计自动化人才的急需，另一方面是我国高校中电子设计自动化人才培养的落后，两者之间的矛盾也促使众多的高校开始在电子信息、微电子技术等专业中开设“电子设计自动化”课程。如今，该课程已成为众多信息类学科的专业必修课，这为我国电子设计自动化人才的培养和充实做出了巨大的贡献。

“电子设计自动化”课程教学效果直接影响着人才培养的质量，因此，优秀的教学方法和教学质量是教学过程中必须重视的。笔者根据近几年的教学经历，总结经验，开拓创新，形成了一套特有的教学方法，旨在培养出基础牢、思路清、知识广、能力强的电子设计自动化人才。

一、“电子设计自动化”课程教学的特点

电子设计自动化是一个较为宽泛的概念，它涵盖了电路设计、电路测试与验证、版图设计、PCB板开发等各个不同的应用范围。而当前“电子设计自动化”课程设置多数侧重电路设计部分，即采用硬件描述语言设计数字电路。因此，该课程的教学具非常突出的特点。

1.既要有广度，又要有深度

有广度即在教学过程中需要把电子设计自动化所包含的各个不同的应用环节都要让学生了解，从而使学生从整个产业链的角度出发，把握电子设计自动化的真正含义，以便于他们建立起一个全局概念。有深度即在教学过程中紧抓电路设计这个重点，着重讲解如何使用硬件描述语言设计硬件电路，使学生具备电路设计的具体技能，并能够应用于实践和工作当中。

2.突出硬件电路设计的概念

在众多高校开设的“电子设计自动化”课程中，多数是以硬件描述语言VHDL作为学习重点的。而VHDL语言是一门比较特殊的语言，与C语言、汇编语言等存在很大的不同。因此，在教学过程中首先要让学生明白这门语言与前期所学的其他语言的区别，并通过实例，如CPU的设计及制造过程，让学生明白VHDL等硬件描述语言的真正用途，并将硬件电路设计的概念贯穿整个教学过程。

3.理论与实践并重

“电子设计自动化”是一门理论性与实践性都很强的课程，必须两者并重，才能收到良好的教学效果。在理论学习中要突显语法要点和电路设计思想，[2]并通过实践将这些语法与设计思想得以加强和巩固，同时在实践中锻炼学生的创新能力。

二、“电子设计自动化”课程教学方法总结

良好的教学方法能起到事半功倍的效果。因此，针对“电子设计自动化”课程的教学特点，笔者根据近几年的教学经验总结了一些行之有效的教学方法。

1.以生动的形式带领学生进入电子设计自动化的世界

电子设计自动化对学生来说是一个全新的概念。如何让他们能够快速地进入到这个世界中，并了解这个世界的大概，从而对这个领域产生兴趣，是每个老师在这门课授课之前必须要做的一件事情。教师可以采用一些现代化的多媒体授课技术，让学生更直观地了解电子设计自动化。由于电子设计自动化是一个很抽象的概念，因此，可以通过播放视频、图片等一些比较直观的内容来让学生了解这个领域。从学生最熟悉的电脑CPU引入，通过一段“CPU从设计到制造过程”的视频，让学生了解集成电路设计与制造的流程与方法，并引出集成电路这个概念。

通过早期的集成电路与现在的集成电路的图片对比，引出EDA的概念，并详细讲解EDA对于集成电路行业的发展所作的巨大贡献。在教学过程中，通过向学生介绍一些使用EDA技术实现的当前比较主流的产品及其应用，提高学生对EDA的具体认识。这些方法不仅使学生对EDA相关的产业有了相应的了解，更激发了学生的学习兴趣，使学生能够踊跃地投入到“电子设计自动化”的学习中。

2.以实例展开理论教学

“电子设计自动化”的学习内容包含三大部分：[3]硬件描述语言（以VHDL语言为学习对象）、开发软件（以QUARTUS II为学习对象）和实验用开发板（以FPGA开发板为学习对象）。

硬件描述语言的学习属于理论学习部分，是重中之重。对于一门编程语言的学习来说，语法和编程思想是学习要点。在传统的编程语言学习的过程中，通常都是将语法作为主线，结合语法实例逐渐形成编程思想。这种学习方法会使学生陷入到学编程语言就是学习语法的误区中，不仅不能学到精髓，还会因为枯燥乏味而产生厌倦感。

如何能使学生既能掌握电路设计的方法，又轻松掌握语法规则是一个教学难题。笔者改变传统观念，将编程思想的学习作为教学主线，在理论学习过程中，以具体电路实例为基础，引导学生从分析电路的功能入手，熟悉将电路功能转换为相应的程序语句的过程，并掌握如何将这些语句按照规则组织成一个完整无误的程序。在此过程中，不断引入新的语法规则。由于整个过程中学生的思考重点都放在电路功能的实现上，而语法的学习就显得不那么突兀，也不会产生厌倦感。由于语法时刻都需要用到且容易忘记，因此在后期的实例讲解过程中需要不断地巩固之前所学过的语法现象，以避免学生遗忘，以此让学生明白，学习编程语言的真正目的是为了应用于电路设计。通过一些实践，学生体会到语言学习的成就感，进一步提高了学习兴趣，此方法收到了良好的教学效果。

3.将硬件电路设计的概念贯穿始终

硬件描述语言与软件语言有本质区别。很多学生由于不了解硬件描述语言的特点，在学习过程中很容易将之前所学的C语言等软件编程语言的思维惯性的应用于VHDL语言的学习过程中，这对于掌握硬件电路设计的实质有非常大的阻碍。因此，在教学过程中，从最初引入到最后设计电路，都要始终将硬件电路设计的概念和思维方式贯穿其中。

在讲述应用实例时，需要向学生分析该例中的语句和硬件电路的关系，并强调这些语句与软件语言的区别。以if语句为例，在VHDL语言中，if语句的不同应用可以产生不同的电路结构。完整的if语句产生纯组合电路，不完整的if语句将产生时序电路，如果应用不当，会在电路中引入不必要的存储单元，增加电路模块，耗费资源。[4]而对于软件语言，并没有完整if语句与不完整if语句之分。为了让学生更深刻地理解不同的if语句对应的硬件电路结构特性，可以通过一个小实例综合之后的电路结构图来说明。

如以下两个程序：

（1）entity muxab is

port（a，b：in bit；

y：out bit）；

end；

architecture behave of muxab is

begin

process（a，b）

begin

if a>b then y

elsif a

end if；

end process；

end；

（2）entity muxab is

port（a，b：in bit；

y：out bit）；

end；

architecture behave of muxab is

begin

process（a，b）

begin

if a>b then y

else y

end if；

end process；

end；

（1）（2）两个程序唯一的不同点在于：程序（1）中使用的是elsif语句，是一个不完整的if语句描述，而程序（2）使用的是else语句，是一个完整的if语句描述。这一条语句的区别却决定了两个程序的电路结构有很大的不同。（1）综合的结果是一个时序电路，电路结构复杂，如图1所示。而（2）综合的结果是一个纯组合电路，电路结构非常简单，如图2所示。通过综合后的电路图比较，学生更深刻理解这两类语句的区别。

强化硬件电路设计的思想，可以促使学生逐渐形成一种规范、高效、资源节约的设计风格，培养一个优秀的硬件电路设计工程师。

4.通过实践拓展强化学生动手能力

“电子设计自动化”是一门实用性很强的课程，学生在学完该课程后必须具备一定的硬件电路设计和调试的能力，因此在教学中需要不断地用实践训练来强化学生在课堂所学习的理论知识，并使他们达到能够独立设计较复杂硬件电路的能力。

笔者在教学过程中鼓励学生将课程实践和毕业设计内容相结合的方法，让学生强化实践能力，收到了良好的效果。学习“电子设计自动化”课程的学生基本上都是即将进入大四，此时他们的毕业设计已经开始进入选题，开始了初步设计的过程。笔者先在实验课堂向学生布置一些常用硬件电路设计的题目，比如交通灯、自动售货机、电梯控制器等，让学生体会电子设计自动化课程的实用性，激发他们的思考和学习兴趣。在此基础上分组组建实践小团队，让每组学生共同完成一个较复杂的电路系统，比如遥控小车、温度测控系统等，鼓励他们将所做的内容与毕业设计对接。其中大部分同学通过这些训练都可以掌握硬件电路设计的基本方法和流程，有一部分同学还能设计出比较出色的作品。此过程不仅让学生体会到了学习知识的快乐，也培养了他们的团队协作精神，为他们以后的继续深造和工作做了铺垫。

三、结束语

掌握“电子设计自动化”课程的特点，有针对性地改善教学方法，充分调动学生的学习积极性，强化理论和实践教学相结合，一方面使学生把握课程的全局性，了解和熟悉电子设计自动化行业的状况和最新动态；另一方面培养学生具有扎实的理论基础和良好的动手能力，培养出厚基础、重实践、有创新的高素质人才，具有重要的社会意义。

参考文献：

[1]潘松,黄继业.EDA技术与VHDL(第二版)[M].北京:清华大学出版社,2007.

[2]Roth,C.H.数字系统设计与VHDL[M].金明录,刘倩,译.北京:电子工业出版社,2008.

篇10

【关键词】数字电路 模拟电路 发展

1 前言

随着国民经济的快速增长，科学技术的快速进步，电子信息产业得到快速发展，逐渐渗透到国民经济生活的各个领域，使人们的生活发生了翻天覆地的变化。电子信息产业对军事领域也有着深远的影响，改变了传统战争的作战模式，在现代国防中发挥着越来越重要的作用，其在其在国防领域的应用也彰显了一个国家的综合国防水平。

作为高新技术产业，知识、技术和资本是电子信息技术产业得以快速发展的三个重要因素，它彰显了一个国家或地区制造业的整体水平，也是一个国家或地区科学技术和制造业综合实力的重要标志。就我国目前的社会经济现状而言，我国正处于传统产业结构转型时期。如何平衡新的产业结构，达到经济的稳定快速发展，解决目前政府资本过剩、内需不足、市场疲软等宏观经济问题是我国目前经济社会发展面临的一个重要挑战。而加速电子信息产业的建设与发展，对于促进传统产业变革、改变传统产业结构、增加就业率、提升就业水平具有重要作用是应对这一挑战的最好办法。

电子电路是电子信息产业的技术支撑。是电子信息产业的发展重要限制因素。电子信息产业的快速发展离不开电子科学技术的发展及应用。生产技术的提高及加工工艺的改进加快了集成电路的更新速度，也为电子信息产业注入了蓬勃的朝气以及更加旺盛的生命力，使其得以快速发展。根据其结构、功能的不同，电子电路可以分为模拟电路和数字电路。

2 模拟电路

模拟电路是一种针对模拟信号（幅值随时间连续变化的信号）行传输或处理的电子电路。它主要是利用电流或电压对真实信号进行模拟，使其等比例的再现。如调幅/调频的收音机，接收处理无线电广播信号，然后经过一系列的混频、放大、解调等过程，最终完成音乐的播放和新闻等的报道。模拟电路在生活中的应用非常广泛，如晶体管小信号放大器，低频功率放大器，负反馈放大器，MOS 集成运放，谐振放大器，直流稳压电源等。都是用模拟电路制作的。

模拟电路的设计过程比较复杂，其设计的重点在于电路参数的实现。其设计的基本流程主要包括以下几个方面：

2.1 系统定义

系统定义是模拟电路设计的基本前提。根据设计要求，模拟电路设计工程师需要对电路系统及子系统做出相应的功能定义，并确定面积、功耗等相关性能的参数范围。

2.2 电路设计

电路结构的选择是电路设计的重要环节。模拟电路设计工程师需要根据模拟电路需要实现的功能要求、设计规范及相应的参数指标选择合适的电路结构，并在此基础上确定元器件的组合方式等。针对模拟电路的设计，目前暂时没有可以利用的比较成熟的设计软件，因此，只能是有工程师根据自己的经验手工完成。这在一定程度上增加了模拟电路设计的难度，限制了模拟电路的发展速度。

2.3 电路仿真

电路仿真是模拟电路的设计过程中必不可少的一个环节，是模拟工程师判断模拟电路是否可以达到设计要求的一个重要依据。工程师根据仿真结果，不断对电路进行修改和调整，直到模拟电路的仿真结果可以达到设定的指标及相应的功能要求。常用方法主要有参数扫描法，直流和交流分析法、蒙特卡罗分析等

2.4 版图实现

版图将电路设计转化生产的重要桥梁。在由前面的设计及仿真结果确定了模拟电路的结构及相关参数后，设计工程师对设计的模拟电路进行物理几何性的描述，将其转换成图形格式，以便于模拟电路后续的加工与制作。

2.5 物理验证

在物理验证阶段，需要对设计的模拟电路进行设计规则检查（DRC）。设计规则检查是在给定的设计规则的基础上对其最小线宽、孔尺寸、最小图形间距等限制工艺进行检查，衡量版图工艺实现上的可行性。此外，还要对版图与电路图的一致性进行检查（LVS）。可以利用LVS工具提取版图的参数，将得到的电路图与原电路设计图进行比较，保证版图与原电路设计的一致性。

2.6 寄生参数提取后仿真

在版图之前进行的电路设计的仿真称之为“前仿真”，“前仿真”都是比较理想的仿真，没有考虑到连线的电阻、电容等寄生参数。将寄生参数加入版图后进行的电路仿真称之为“后仿真”，只有当后仿真的仿真结果达到设计指标及系统功能要求，电路的设计工作才算完成。寄生参数对模拟电路的影响较大，前仿真的仿真结果满足的情况下，后仿真结果却无法满足要求。因此，设计工程师需要根据后仿真结果不断进行晶体管参数的修改，有时甚至要进行电路结构的调整，直至后仿真结果达到系统设计要求。

目前，模拟电路设计难度高且比较复杂，使用的EDA工具的功能和系统配套性又相对落后，且在设计过程中需要进行频繁的人工干预，对寄生参数等比较敏感等，这些都在一定程度上限制了模拟电路的发展，导致模拟电路发展速度相对缓慢。

3 数字电路